薄宽规格船板氧化铁皮压入形貌缺陷成因分析及对策

韩小波1肖洒2陈代巧3

（重庆钢铁股份有限公司轧钢厂  重庆  401258）

摘要：本文介绍了氧化铁皮的形成原理和分类，结合某中厚板产线解决船板氧化铁皮压入缺陷的实际案例，重点突出矫直过程产生氧化铁皮压入的原因及应对措施。

关键词：船板   氧化铁皮

1.前言

近年来随着钢铁行业形势的跌宕起伏以及市场竞争的不断加剧，用户对钢板的外形及表面质量也提出了更高的要求。如何减少或避免钢板表面氧化铁皮压入一直是中厚板生产领域的一大难题。氧化铁皮通常附着于钢板的上下表面，轻微的氧化铁皮可以通过后续的修磨处理，但大面积的氧化铁皮压入，会使钢板表面形成大小不一的凹坑、麻点等肉眼可见的缺陷，严重影响钢材产品的表面质量，不仅会造成非计划产品，增加库存成本，还会影响合同交货期，增加生产成本。本文通过对某钢铁厂船板生产过程中所产生的氧化铁皮压入缺陷的成因进行分析，制定对策，致力于减少薄宽规格船板氧化铁皮压入的缺陷。

2.氧化铁皮的分类及形成原理

氧化铁皮分为三类：一次氧化铁皮、二次氧化铁皮、三次氧化铁皮。由于钢坯长时间在1100~1300℃加热炉内，钢坯表面与高温炉气发生氧化反应，生成1~3mm厚的鳞层，称为一次氧化铁皮。钢坯出炉后，高温氧化铁皮与高压水接触，因热应力作用，钢坯表面形成热裂纹，随着高压水的不断喷射，氧化铁皮层裂纹逐渐扩大变成裂缝，当裂缝到达钢基界面后，高压水会顺势进入钢基界面上的空穴，使沿钢基界面的裂缝不断扩展，从而除去一次鳞[1]。钢坯出炉后经除鳞箱高压水除去一次氧化铁皮后，进行粗轧，但在粗轧过程中，钢坯上下表面与轧辊冷却水、轧机高压水以及辊道冷却水等接触，形成二次鳞，也称作二次氧化铁皮。精轧过程中，中间坯表面残余的氧化铁皮与水、空气直接接触，在钢板表面形成较薄的三次鳞，也称为三次氧化铁皮。

3.船板氧化铁皮压入过程调查分析

某中厚板产线生产的多批规格厚度：（13-16mm）×宽度：（3000-3500mm）×长度：（8800-14550mm）牌号为AB/AH36的船板存在批量性氧化铁皮压入缺陷，如图1所示，钢板表面氧化铁皮呈红褐色粉末状，厚度在0.1~0.3mm。发现此缺陷后，技术人员从加热→粗轧→精轧→矫直进行了全流程的跟踪分析。

图1 检查台架上检查到钢板表面氧化铁皮压入

3.1加热除鳞过程分析

氧化铁皮压入的AB/AH36船板采用200×2260mm规格的冷装坯料，分别于9月15日19:27-21:31入炉，9月16日18:08-18:26入炉，入炉平均温度126℃，平均在炉时间184min，钢板在加热1段平均温度872℃，加热2段平均温度1155℃，均热段平均温度1174℃，各段加热温度均在工艺要求范围内。通过观察出炉监控视频，出炉后板坯表面存在黑色的氧化铁皮，但经除鳞箱除鳞后钢坯表面无明显可见的氧化铁皮。

3.2轧制及冷却过程分析

氧化铁皮压入的船板分两批次于9月15日22:30，9月16日21:40左右开轧，粗轧阶段，采用9~11道次轧制，未采用中间水冷，中间坯厚度42mm，平均轧制力在4300吨左右，粗轧平均开轧温度1062℃，平均终轧温度1026℃，粗轧轧制温度正常，粗轧除鳞道次数2~3次，轧制完成后板形平整，钢板表面总体情况较好。精轧阶段，采用9道次轧制，精轧平均开轧温度973℃，平均终轧温度825℃，平均返红温度655℃，各道次平均轧制力4900吨，精轧工艺总体受控。精轧除鳞道次数1~2次，精轧轧制完成后，板形受控，表面无异常。

ACC冷却阶段，采用自动浇水冷却，钢板平均返红温度655℃，ACC水比1.30，ACC水温25~28℃，浇水组数6~8组，通过观察ACC出口辊道监控视频，钢板经ACC冷却后，无积水，板形受控，表面无异常。

3.3矫直过程分析

通过调取9月15日、16日矫直机监控视频发现，当日氧化铁皮压入的船板均采用3道次通板矫直，矫直时头尾抛钢距离≤1m，部分钢板通板矫直时头尾未完全抛出矫直机，钢板矫直时最大矫直力610吨，平均矫直力450吨，过矫量2~2.5mm，倾动量3~4mm，入口矫直温度660~680℃，出口矫直温度610~640℃，薄宽钢板经多道次矫直后平直度较好。通过对比发现有氧化铁皮压入缺陷的钢板在矫直过程中表面有大量残留的外冷水积水，颜色呈红棕色，见下图8，通过对积水中固体杂质进行成分分析，明确其主要成分为Fe2O3。由此初步怀疑船板表面的氧化铁皮是在矫直过程中产生，为了进一步论证猜想，技术人员针对类似规格钢板进行了多次对比试验，结果如下：

（1）矫直机空过钢板与正常矫直钢板对比，空过钢板无类似表面缺陷。

（2）减小矫直力，倾动量不变，钢板上表面存在少量氧化铁皮压入。

（3）矫直力不变，减小倾动量，钢板上表面存在少量氧化铁皮压入。

（4）矫直力及倾动量同时减小，钢板表面无氧化铁皮压入，钢板在上冷床后变形，平直度合格率降低8%。由此基本可以确定船板表面的氧化铁皮是在矫直过程中产生。

其过程为钢板经过精轧及ACC冷却后表面进行了氧化，形成了较薄的氧化层，即三次氧化铁皮。由于薄宽规格钢板温降快，板形控制难度大，矫直时，必须通过增大过矫量、倾动量等矫直参数来保证矫后钢板平直度，但随着矫直力能的增加，钢板表面的氧化层也越容易破碎，从钢板基体脱落掺杂在表面积水中，而此时矫直操作人员为减少钢板温度散失，保证矫直效果，会有意识地将矫直机外冷水关小，随着外冷水水量的减少，钢板表面积水中的氧化铁皮含量更高，导致钢板表面局部氧化铁聚集，反矫时，氧化铁皮随着积水被带入矫直辊系中，压入钢板表面。

图2 矫直过程中的船板

4.预防氧化铁皮压入主要措施

4.1加热方面

合理控制加热炉各段加热温度和时间，尽可能减少钢坯在预热段加热时间，如果加热时间过长会造成氧化铁皮太厚难以清除，而加热时间太短，氧化铁皮中FeO含量多，与钢基体结合紧密，反而更加难以去除。因此在加热过程中应该多观察煤气热值的变化，根据热值情况来调节空燃比，保持炉内形成还原性气氛，炉内压力为微正压[2]。

4.2除鳞设备方面

（1）定期对除鳞管路、喷嘴、滤网等进行清洗，避免堵塞；

（2）定期检查喷嘴喷射角度、喷射压力，由于喷嘴磨损程度不易检测，因此根据产量定期更换喷嘴备件；

（3）加强水质的监控，定期清理过滤系统。

4.3轧制工艺方面

在保证性能的前提下，合理降低终轧温度；理论研究证明在900~1250℃温度区间氧化铁皮的生长速度随着温度的升高而升高，在750~900℃温度区间，氧化铁皮生长几乎停止。而在粗轧阶段或精轧前几道次，钢板温度较高，基本上都在900℃以上，形成二次氧化铁皮，这个过程虽然无法避免，但是我们可以通过适当减小送料厚度或减小中间坯待温时间的方式缩短钢板在高温阶段的停留时间，以减少氧化铁皮在轧制阶段的生长。虽然轧机高压水无法完全去除钢板表面的氧化铁皮，但精轧后钢板表面的氧化铁皮层（也称为三次氧化铁皮）较薄并且也具有一定的延展性，能够随基体一起伸长。

4.4矫直工艺方面

（1）热矫直机在对钢板进行头部反矫、尾部反矫或多道次通板反矫时，钢板头部或尾部完全抛出矫直机后（保证板表无残留水）再进行下道次矫直操作。

（2）在钢板矫直过程中厚度≥12mm的钢板不关外冷水，厚度＜12mm的钢板关外冷水矫直时，需利用块与块钢板间隙时间开外冷水对设备进行冷却，关外冷水必须在上一块钢板矫直完成后，下一块钢板开矫前（≥10s）间隙时间进行。

（3）倾动量设置：成品厚度＜12mm，倾动量设置≤3mm；12≤成品厚度≤30mm，倾动量设置≤2mm；30＜成品厚度≤40mm，倾动量设置≤1mm；40mm＜成品厚度，不投用倾动。

5.结论

5.1将加热温度控制在1050~1200℃，加热时间180~220min可降低加热氧化铁皮清除难度；

5.2除鳞系统的压力及其良好的设备功能状态是确保除鳞效果关键保障；

5.3轧制工艺上充分利用中间冷却、道次冷却对待轧或轧制的钢板进行降温，可有效减少二次氧化铁皮；

5.4矫直环节需根据钢种及规格的冷却强度、温度及钢种的特性，合理制定矫直工艺，避免氧化铁皮压入。

参考文献：

[1] 陈永利，查显文，陈礼清，热轧中厚板氧化铁皮控制技术，东北大学学报，2011，32（07）：960-961

[2] 杨勇，边江，热轧钢板氧化铁皮压入缺陷的预防与控制，宽厚板，2015，21（06）：21-22